Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетичнi та теплотехнiчнi процеси й устаткування

Використання теорії конкурсного розподілу обмежених ресурсів для оцінки степеню раціональності розподілу наявного перепаду ентальпій між ступенями турбіни

Різа Шерфедінов — 2025-04-30

Для задач аналізу і оптимального проєктування проточних частин парових турбін розроблено альтернативний метод розподілу наявного теплового перепаду багатоступеневої турбіни між її ступенями. Розглянута можливість використання теорії конкурсного розподілу обмежених ресурсів для оцінки степеню раціональності розподілу наявного перепаду ентальпій між ступенями турбіни. Метод використовує залежність для оцінки потужності ступеня турбіни та конкурсні механізми, які були розроблені і використовуються для розв’язання задач розподілу ресурсів в галузі економіки. Проведені порівняльні розрахункові дослідження з оцінки степеню раціональності розподілу наявного перепаду ентальпій між ступенями вихідних і оптимальних варіантів проточних частин парових турбін. Підтверджена можливість використання теорії розподілу обмежених ресурсів для задач аналізу і оцінки степеню раціональності розподілу наявного перепаду ентальпій між ступенями турбіни та в оптимізаційних задачах з метою досягнення максимальної потужності багатоступеневої турбіни. Показано, що у оптимальних варіантів проточних частин розподіл наявного перепаду ентальпій між ступенями турбіни має кращі наближення до значень показників, які відповідають ідеальному варіанту розподілу наявного перепаду ентальпій між ступенями відповідно до розробленого методу ніж у вихідного варіанту проточної частини турбіни.

Чисельне дослідження впливу зміни кута атаки на величину коефіцієнта втрат кінетичної енергії та кутів виходу потоку для соплових решіток з поворотними діафрагмами

Олександр Жирков — 2025-04-30

Представлені результати чисельного дослідження плоского обтікання соплової решітки з поворотною діафрагмою, при кутах входу потоку в решітку профілів С-9013Р відмінних від розрахункового кута атаки і їх вплив на величину коефіцієнта втрат кінетичної енергії і кути виходу потоку з решітки. Розрахунки виконувалися за допомогою програмного комплексу Fluent (№ клієнта 01067322). В результаті виконаних розрахунків були отримані: картини течії у міжлопаточному каналі і за ним; розподіл коефіцієнтів втрати кінетичної енергії по фронту решітки при різних ступінях відкриття вхідної частини каналів соплової решітки.

Особливості конструкції, технологія, сучасні методи оцінки якості конструкції елементів роторів енергетичного обладнання

Павло Макаров — 2025-04-30

Представлена стаття присвячена розгляду особливостей конструкції елементів енергетичного обладнання, зокрема ротора та його елементів: остова та його різновидів, обода та полюсів ротора. Проведено аналіз вимог до параметрів ротора в залежності від махового моменту. Розглянута ситуація виходу з ладу регулятора турбіни безпосередньо під час скидання навантаження. Також були розглянуті параметри експлуатаційних характеристик гідроагрегату, що впливають на надійність його роботи. В статті викладені вимоги до матеріалів, що використовуються при виготовленні елементів роторів енергетичного обладнання. Детально розглянуті такі сучасні технології виробництва цих елементів, як штампування та лазерне різання. Викладені особливості збирання остова ротора та ротора гідроагрегату в цілому, а також розглянуті технології збирання, опресування та заклинування шихтованого обода ротора. В статті було присвячено увагу особливостям послаблення натягу заклинування обода.

Вивчення впливу кута розширення факела на стабільність горіння у камері згорання авіаційних двигунів

Масуд Хаджіванд — 2025-04-30

В роботі було використано всебічний числовий аналіз, щоб передбачити загальні температурні характеристики, викиди NO та коефіцієнт структури в кільцевій камері згоряння. Проведено дослідження вплив різних кутів спалаху (25°, 30°, 35°, 40°) подвійного осьового завихрювача в чотирьох окремих випадках із застосуванням методів обчислювальної гідродинаміки (CFD). Моделювання було проведено за допомогою ANSYS CFX, що включало хімічні процеси кінцевої швидкості та модель розсіювання вихрів для імітації горіння рідкого гасу (C12H23) з повітрям, зокрема з урахуванням випаровування крапель палива. Моделювання розпилювання, включно з розподілом крапель Розіна-Раммлера, було реалізовано, щоб зафіксувати складну динаміку горіння рідкого гасу. Процеси термічного та швидкого утворення оксиду азоту (NOx) проводилися з використанням K-епсилонної моделі для турбулентності в реалістичній кільцевій камері згоряння. Далі дослідження було спрямовано на представлення характерних особливостей і структури полум’я, демонструючи контурні графіки загальної температури та концентрації NO на виході з камери згоряння. Крім того, було проведено аналіз поперечного перерізу вздовж осі Х від центру інжектора камери згоряння, що супроводжувався діаграмами, які ілюструють відповідні тенденції вздовж вкладиша від центру інжектора. Це дослідження представляє двоетапну кінетичну схему згоряння гасу з повітрям, проливаючи світло на складні механізми, які лежать в основі процесу. Отримані дані вказують на те, що при зменшенні кута спалаху зменшується концентрація NO з відпрацьованими газами.

Ресурсні характеристики валопроводу турбоагрегату К-1000-60/3000 після часткового відновлення ротора

Ольга Черноусенко — 2025-04-30

Українська об’єднана енергосистема експлуатується в надзвичайно важкому стані. Значна частка пошкоджених, або недосяжних енергоблоків спричиняє суттєвий дефіцит виробничих потужностей в енергосистемі. Таким чином, виведення з експлуатації потужного енергоблоку, що покриває базову частину графіка навантаження на довготривалий капітальний ремонт є небажаною. На одному із турбоагрегатів К-1000-60/3000 ЛМЗ відбулося пошкодження п’ятого ступеня циліндра високого тиску. Для повного відновлення даного пошкодження необхідно залучати виробничі потужності виробників даного турбоагрегату, а ремонтні роботи спричинять тривалий простій потужного енергоблоку, що покриває базову частину графіку електричного навантаження. В роботі [1] запропоновано варіант виконання циліндру високого тиску без робочих лопаток даного ступеня. Проте, в енергетиці відсутній досвід експлуатації енергоблоку К-1000-60/3000 без робочих лопаток одного із ступенів. Тому в даній роботі проведено дослідження рівня пошкодження металу, що виникає при асинхронному включення турбогенератора в енергосистему, для стандартного валопроводу та валопроводу після відновлення. Результати моделювання показали, що асинхронне включення призводить до появи крутильних коливань усього валопроводу. В разі 30-ти спроб підключення турбогенератора до мережі виникають пошкодження від крутильних коливань на рівні 2,1 % для стандартного валопроводу та 2 % для валопроводу після відновлення.

Вплив блокування отворів видуву охолоджувача на ефективність плівкового охолодження

Михайло Данилов — 2025-04-30

Робота присвячена комп'ютерному моделюванню плівкового охолодження пласкої пластини з подачею вторинного потоку в ряд похилих отворів при їх частковому блокуванні. Розрахунки виконані в комерційному програмному комплексі ANSYS CFX 2019 R2 при зміні параметру вдуву від 0,5 до 1,5, що були підібрані відповідно до реальних умов, з використанням SST-моделі турбулентності. При збільшенні параметру блокування від 0,5 до 1,5 ефективність плівкового охолодження знижується на 3,1 %, 6,7 %, 10,6 % відповідно, у порівняні з традиційною схемою без блокування. Зі збільшенням параметру вдуву зберігається значна нерівномірність ефективності плівкового охолодження по всій довжині пластини, з яскраво вираженими максимумами по осі отворів видуву охолоджувача та мінімуми в області між отворами. З іншого боку зберігається явно виражена симетричність на кожній конфігурації пластини. Як показав аналіз розподілу локальної ефективності плівкового охолодження по площині пластині для кожної конфігурації блокування, ефективність плівкового охолодження рівномірно знижуєтьcя зі збільшенням параметру вдуву.

Перспективи залучення відходів олійноекстракційних заводів України для виробництва теплової та електричної енергії

Людмила Гапонич — 2025-04-30

Паливні відходи олійноекстракційних заводів – лушпиння соняшника (ЛС) – доцільно використовувати для заміни викопного палива в промислових та комунальних енергетичних котлах. Удосконалення існуючих та створення нових котельних апаратів для спалювання ЛС має ґрунтуватися на розумінні закономірностей термічної переробки такого палива. Мета цієї роботи – визначення структурних особливостей та закономірностей горіння ЛС в камерах згоряння котельних апаратів. У камерах згоряння нагрівання паливних частинок відбувається при швидкостях нагріву ~500 °С/с та температурах процесу до 900 °С. ЛС містить близько 30 % – 48 % целюлози, 34 % – 38 % геміцелюлози та 17 % – 26 % лігніну. Залежно від структури відрізняється і елементний склад палива, і кількісний та якісний склад летких, і, як наслідок, теплота згоряння. В різних зразках ЛС вміст вуглецю варіюється в діапазоні 40 % – 55 % на робочу масу, сірки – 0,05 % – 0,2 %, хлору – 0,05 % – 0,3 %, золи – 3 % – 9 % та вологи – 5 % – 10 %, теплота згоряння – 15–21 МДж/кг. При термічному розкладанні ЛС при швидкісному нагріві до температур 500 °С – 900 °С утворюються леткі та твердий коксозольний залишок (КЗ) (до 20 % – 30 % вихідної маси), який має низьку реакційну здатність і високу міцність. Динамічні криві виходу летких мають дві принципово різні ділянки. Перша з них відповідає виділенню і вигоранню летких, друга – вигорянню КЗ. Отримано емпіричні залежності тривалості стадії вигоряння ЛС для температур 500 °С – 900 °С та 700 °С – 900 °С. Вигоряння КЗ є домінуючим процесом термічного розкладання ЛС, який визначає повноту утилізації палива, конструктивні особливості камери згоряння, ефективність і режимні параметри технологічного процесу. Завищені значення втрат теплоти з механічним недопалом при горінні ЛС в котельних апаратах пов’язані з вигорянням низькореакційного КЗ. Цей етап рекомендується проводити при температурах 850 °С – 900 °С.

Використання кавітаційних технологій для нейтралізації кислих середовищ. Ефективність процесу

Анна Недбайло — 2025-04-30

В даній роботі надане порівняння різних методів нейтралізації кислих середовищ, визначені їхні переваги та недоліки. Метою даної роботи є визначення ефективності нейтралізації кислого конденсату методом гідродинамічної кавітації, для чого було проведено теоретичні та експериментальні дослідження. Нейтралізація кислих рідких середовищ запропонованим методом дозволяє суттєво зменшити вміст розчинених газів в рідині без додавання хімічних реагентів при помірній витраті енергії і призводить до зміни рН середовища в бік лужної межі. Зміна рН, що підтверджена експериментальними дослідженнями в першу чергу пов’язана з видаленням розчинного газу, який міститься у вигляді бульбашок розмірами до 5 мкм. Надано результати теоретичних досліджень обробки в роторно-пульсаційному апараті, визначено ряд технологічних параметрів, в тому числі тиски в каналі роторного апарату, встановлено потенційну можливість зростання мікробульбашок при заданому режимі обробки. Згідно отриманих теоретичних даних стосовно ведення процесу в запропонованих режимах оброблення встановлено можливість видалення бульбашок зграничним розміром розміром від 0,6 мкм та більше. Аналіз експериментальних даних показав, що основна частина розчинених газів може бути видаленою в перші хвилини обробки, що пов’язано з першочерговим видаленням бульбашок найбільших розмірів, які містять найбільшу питому кількість вуглекислого газу. Встановлено граничні розміри бульбашки СО₂, що дозволяє видалити використання даної технології відповідно даних експерименту і загальний об’єм вуглекислого газу, що видаляється під час обробки.

Аналіз якості нагрівання металу при різних способах опалення нагрівальних колодязів

Ірина Назаренко — 2025-04-30

У роботі досліджено ефективність нагрівання злитків з легованої сталі у рекуперативних нагрівальних колодязях з опаленням з центру поду при безперервному та імпульсному способі подачі палива. Виявлено, що особливість теплової роботи колодязів з опаленням з центру поду полягає у вертикальному розташуванні факела і нерівномірному тепловиділенні по висоті робочої камери печі, що призводить до нерівномірного нагрівання злитків металу. Аналіз літературних джерел показав, що нагрівання високолегованих та спеціальних сталей відрізняється тривалою витримкою та підвищеними витратами палива, тому інформація про розподіл температури в злитках дуже важлива для розробки раціональних температурних режимів їх нагрівання. Представлено результати термометрування дослідного злитку при його нагріванні у складі садки високолегованих сталей. Встановлено кінцевий перепад температури в злитку та характер її зміни у процесі витримки металу. Кінцевий перепад температур в дослідному злитку визначається нерівномірністю температурного поля нагрівального колодязю та складає 80 °С – 120 °С. Встановлено, що температура підігрівання повітря в керамічному рекуператорі в процесі нагрівання садки металу при безперервному способі змінюється в середньому від 400 °С до 600 °С, що є значно нижче за паспортні дані. Використання результатів досліджень дозволяє розробити режими нагрівання нержавіючих марок сталі з скороченим періодом витримування. Виявлено значні конструктивні недоліки колодязів, що впливають на рівномірність нагрівання металу, питому витрату палива та рівень експлуатаційних витрат. Досліджено ефективність впровадження імпульсної подачі палива для нагрівальних колодязів з опаленням з центру поду. Доведено, що застосування імпульсного способу подавання палива в період витримки дозволить інтенсифікувати теплообмінні процеси та разом з цим підвищити рівномірність нагрівання злитків.

Можливості залучення імовірнісного аналізу безпеки для фізичного захисту ядерних установок

Сергій Горбачик — 2025-04-30

Представлено аналіз можливості використання такого інструменту, як імовірнісний аналіз безпеки атомних електростанцій для кількісної оцінки рівня фізичного захисту ядерних установок. Впровадження даного інструменту дозволить суттєво підвищити стан фізичної ядерної безпеки та наддасть можливість визначити критичні проблеми в системах фізичного захисту від зовнішніх та внутрішніх правопорушників. На основі проведення імовірнісного аналізу безпеки для фізичного захисту ядерних установок можливо здійснити процес модернізації систем фізичного захисту, приймаючи до уваги, як економічні, так і захисні можливості для раціонального розподілення ресурсів.

Класифікація ядерних реакторів АЕС

Олександр Єфімов — 2025-04-30

У матеріалах статті розглядається класифікація ядерних реакторів АЕС. Ядерний реактор являє собою пристрій, в якому здійснюється ланцюгова реакція поділу ядер важких елементів урану, плутонію, торію, яка сама себе контролює і підтримує. Можливість здійснення такої реакції забезпечується тим, що кожен акт поділу ядра виробляє два або три нейтрони, здатних викликати поділ інших ядер ядерного палива, завантаженого в реактор. У реакторі одночасно з процесом поділу ядер завжди відбувається, по-перше, поглинання нейтронів матеріалами, що знаходяться в активній зоні, і, по-друге, витікання нейтронів з активної зони реактора. Ці два чинники дають можливість регулювати процес поділу ядер так, щоб число нейтронів в активній зоні і число актів поділу в одиницю часу були постійними. Ядерні реактори за своїми параметрами, призначенням, конструктивним виконанням і за рядом інших ознак дуже різноманітні. Класифікувати ядерні реактори можна за такими основними відмінними ознаками: за величиною енергії нейтронів, що викликають поділ ядер; за видом сповільнювача; за видом і параметрами теплоносія; за конструктивним виконанням; за компонувальним рішенням; за призначенням. На атомних електростанціях ядерні реактори застосовуються для вироблення електричної і теплової енергій. На атомних станціях теплопостачання вони використовуються для вироблення теплової енергії з метою опалювання і промислового теплопостачання. У суднових енергетичних установках вони застосовуються як джерела теплової, механічної і електричної енергій.

Опис руху безпілотного транспорту літакового типу

Дмитро Крицький — 2025-04-30

Безпілотні транспорті засоби наразі використовуються у більшості сфер нашого життя, від розважальної та навчальної до військової чи рятувальної. У кожній з цих сфер є певні вимоги та критерії до транспортного засобу, який їм необхідний, для розважальної достатньо найпростішої конструкції, що зможе літати, для наукової – це більш складні апарати, які необхідні для збору певних даних, для військових - апарати, які не тільки можуть вести спостереження та моніторинг, але й має можливість вражати необхідні цілі, для рятувальної сфери - це той вид транспорту, який буде мати змогу доставляти грузи та транспортувати людину. Враховуючи необхідність безпілотного транспорту, актуальність розробки нових та вдосконалених типів є надзвичайно високою. Предметом дослідження в статті є безпілотний транспорт літакового типу. Мета полягає в проведенні розрахунків та описі руху безпілотного транспортного засобу літакового типу, який проєктується. В роботі представлені найпоширеніші концептуальні види безпілотних літальних апаратів. Враховуючи концептуальні види за основу при проєктвання розглядається саме літакоподібний тип. Запропонована та представлена система координат, для аналізу руху літального апарату (ЛА). Для складання математичних моделей руху ЛА обрано метод рівнянь лагранжа другого роду. Розглянуто та обчислено кінетичну енергію складного тіла, що здійснює складний рух, для цього обчислення проводяться в абсолютному русі, використовуючи абсолютні лінійні та кутові швидкості. Продемонстровані обрані кути, які використовуються для розрахунків. Розглянуто момент інерції щодо миттєвої осі та з їх допомогою складено рівняння кінетичної енергії обертання відносно осі. За допомогою проведених розрахунків було знайдемо межі зміни кутів. Отримані дані необхідні для подальших розрахунків, таких як: визначення фокусу літального апарата за кутом атаки, визначення похідної коефіцієнта підйомної сили фюзеляжу за кутом атаки та всі подальші розрахунки, які пов’язані з запропонованими кутами. Розглянутий підхід дозволяє здійснювати прогнозування польотного плану з урахуванням витрати енергії та дозволяє розрахувати необхідну кількість енергії для виконання поставленого завдання.